CH651140A5

CH651140A5 - Verfahren zur herstellung homoeotroper ausrichtung in eine anzeigezelle fuellendem fluessigkristallmaterial.

Info

Publication number: CH651140A5
Application number: CH3077/81A
Authority: CH
Inventors: Herbert Stanley Jun Cole
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1980-05-23
Filing date: 1981-05-12
Publication date: 1985-08-30
Also published as: IT1136999B; GB2076553A; FR2483106B1; DE3118470A1; FR2483106A1; IL62562A0; GB2076553B; JPS5717922A; IL62562A; DE3118470C2; IT8121905A0; US4354740A

Description

Die Erfindung betrifft Flüssigkristall-Anzeigezellen, insbesondere ein neues Verfahren zur homöotropen Oberflä-chenausrichtung in Flüssigkristall-Anzeigezellen.

Bei zahlreichen Formen von Flüssigkristall-Anzeigezellen ist es wünschenswert, homöotrope Oberflächenausrichtung an den Grenzflächen zwischen dem Flüssigkristalhnaterial und den Elektroden und Oberflächen der die Zelle begrenzenden Substrate zu schaffen. Beispielsweise bei einer reflektierenden, dichroitischen Flüssigkristallanzeige mit choleste-risch-nematischem Übergang ist bekannt, dass eine homöotrope Oberflächenausrichtung zu einer Anzeigezelle führt, die nicht nur eine verhältnismässig niedrige Schwellenspannung für den gewünschten Anzeigematerial-Übergang hat, sondern auch zu einem gleichförmigeren Aussehen für den Beobachter 5 im Ruhestand führt, praktisch ohne nachteilige Einflüsse aufgrund der Absorption von polarisiertem Streulicht durch die Zelle. Bei diesem Zellentyp hat die «fokal-konische Textur«, die unmittelbar nach der Desaktivierung eines Anzeigesegments vorliegt, eine Extinktion, die näher bei der durch den io homöotropen Ruhezustand bedingten Extinktion liegt, was zu einer Anzeige mit insgesamt verbesserter Erscheinung führt.

Bekannt ist ebenso, dass die homöotrope Grenzbedingung durch Absorption eines Tensids auf den inneren Ober-15 flächen des Hohlraums der Anzeigevorrichtung oder durch Zugabe von Tensiden zum Flüssigkristalhnaterial erreicht werden kann, so dass, wenn die Zelle gefüllt ist, die «polaren» Tensidmoleküle an der Oberfläche der Zelleninnenwandun-gen absorbiert werden, um die gewünschte homöotrope 20 Grenzbedingung zu erzielen. Die Verwendung von Zusätzen in dem Flüssigkristalhnaterial führt jedoch leicht zu einer Leitfähigkeitserhöhung des Materials und folglich zur Erhöhung des Stroms und der Energie, die zum Umschalten der optischen Zustände der Vorrichtung erforderlich sind. Bei 25 manchen Anwendungen kann die Verwendung bestimmter Tenside, wie von Silan-Kupplern, annehmbar sein. Bei bestimmten Anwendungen jedoch ist eine Anzeigezelle mit einem hohen Grad an hermetischer Abgeschlossenheit erforderlich, der nur durch Verwendung einer Glasfritte als Rand-30 verschluss erreicht werden kann. Ein solch dichtender Verschluss erfordert ein Erhitzen des Glasfritten-Dichtungsmate-rials auf eine Temperatur zwischen etwa 500 und etwa 550 °C, die deutlich über der Temperatur in der Grössenordnung von 250 °C liegt, bei der sich verfügbare Tenside zersetzen. Es war 35 bislang unmöglich, eine homöotrope Ausrichtung in Zellen reproduzierbar zu erreichen, bei denen Verschlüsse oder Dichtungen aus Glasfritte verwendet werden mussten, um ein hohes Mass an Luftdichtheit zu erreichen. Ein Verfahren, nach dem homöotrope Ausrichtung in Flüssigkristall-Anzei-40 gezellen mit Glasfritten-Dichtungen erzielt werden kann, und das ferner eine Produktion in grossem Massstab ermöglicht, ist daher äusserst wünschenswert.

Erfmdungsgemäss wird daher homöotrope Ausrichtung an der Grenzfläche zwischen einem Flüssigkristallmaterial 45 und den Elektroden und inneren Oberflächen von Zellsubstraten geschaffen, indem eine leere Anzeigezelle hergestellt wird, wobei im Bedarfsfall am äusseren Umfang ein Hochtemperatur-Abdichtmaterial verwendet wird, bevor der Zellenhohlraum mit einer Lösung des gewünschten, in einem so flüchtigen Trägerlösungsmittel gelösten Tensids gefüllt wird. Die gefüllte Zelle wird dann solchen Bedingungen ausgesetzt, dass das flüchtige Trägerlösungsmittel verdampft und das Tensid sich auf den inneren Oberflächen des Zellenhohlraums abscheidet. Die Anzeigezelle, deren Hohlraumoberflächen ss nun den gewünschten Film für homöotrope Ausrichtung aufweisen, wird dann mit dem Flüssigkristallmaterial gefüllt und hermetisch verschlossen.

Bei einer derzeit bevorzugten Ausführungsform enthält 60 die Tensidlösung bis zu etwa 1 Vol.-% eines Silan-Kupplers, gelöst in destilliertem Wasser. Der leere Zellenhohlraum wird mit der Lösung des Silan-Kupplers in destilliertem Wasser vakuumgefüllt und dann bei einer vorgewählten Temperatur unter der Zersetzungstemperatur des Tensids vakuumerhitzt, 65 um das flüchtige Trägerlösungsmittel zu entfernen und einen Film homöotroper Ausrichtung auf den inneren Zellenoberflächen zurückzulassen.

Die Erfindung wird durch die folgende nähere Beschreibung in Verbindung mit den Figuren noch deutücher; es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Flüssigkristall-Anzeigezelle, die für das Verständnis der erfin-dungsgemässen Prinzipien nützlich ist,

Fig. 2 ein Fliessschema mit den einzelnen Stufen des er-findungsgemässen Verfahrens,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vakuumofen Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens brauchbar ist.

Unter Bezugnahme zunächst auf Figur 1 weist ein erster Teil einer Flüssigkristall-Anzeigezelle 10 erste und zweite Substrate 11 und 12 auf, von denen wenigstens eines aus einem optisch transparenten Material hergestellt ist.

Elektroden 14 werden nach bekannten Techniken auf den inneren Oberflächen 1 la und 12a der Substrate hergestellt, bevor die Substratoberflächen 1 la und 12a einander gegenüber angebracht werden, wobei sich die Elektroden 14 dek-ken. Wie auf dem Fachgebiet gut bekannt, können die Elektroden 14 aus einem im wesentlichen transparenten und leitfa-higen Material hergestellt sein. Ein Verschlussteil 15 wird zwischen den Rändern der ausgerichteten und Abstand voneinander haltenden Substrate 11 und 12 unter Ausbildung eines vollständig geschlossenen zentralen Zellenhohlraums 10a hergestellt, der mit einem Flüssigkristallmaterial 17 gefüllt wird. Beispielsweise ist ein Flüssigkristallmaterial 17 ein solches, das den cholester.-nematischen Gast-Wirt-Übergang als Anzeige-Wirkprinzip nutzt, wobei ein geeigneter dichroitischer Farbstoff dem Grundmaterial-Flüssigkristall zugesetzt wird, um Lichtabsorption zu ermöglichen. So sind die langgestreckten Flüssigkristallmoleküle 17a im desaktivierten Zellenzu-stand mit ihren Längsachsen schraubenförmig angeordnet, wodurch Licht beim Durchgang durch die Zelle absorbiert wird. Durch Anschliessen einer Spannungsquelle mit einem Wert über der Schwellenspannung der Zelle zwischen einem Paar sich deckender Elektroden 14, die auf den inneren Oberflächen 1 la und 12a angeordnet sind, wird die Schraubenanordnung der Gastfarbstoff- und Flüssigkristall-Wirtsmoleküle auseinandergewickelt und die Moleküle werden homöo-trop ausgerichtet, d.h. die Moleküllängsachsen stehen im wesentlichen senkrecht zu den Oberflächen der Elektroden und Substrate. Dieser Zustand stimmt recht gut mit den Molekülen nahe den Tensidoberflächen überein.

Das Tensid, das den homöotropen Grenzzustand induzierende Schichten 20 bildet, kann folgende Substanzen sein: ein Silan-Kuppler (z.B. als XZ-2300 der Dow Corning erhält-lichl) ein metallorganischer (Chrom-) Komplex (in Isopropyl-alkohol) (als Quilon C der DuPont Chemicals erhältlich); ein Polyamid (z.B. Versamid 100 der General Mills Chemicals) und dgl. im Handel erhältliche Tenside.

Die Tenside zersetzen sich jedoch bei Temperaturen über etwa 250 °C, wodurch das homöotrope Ausrichtungsvermögen des Tensids in nach bisher zur Verfügung stehenden Techniken hergestellten Zellen zerstört wird, in denen die Tenside an den inneren Substratoberflächen absorbiert werden, bevor das randabdichtende Teil 15 gebildet wird. Die Zerstörung des homöotropen Ausrichtungsfilms ist besonders in solchen Flüssigkristall-Anzeigezellen zu finden, in denen das abdichtende oder Verschlussteil 15 aus einem Glasfrittenmaterial ist, was das Brennen der Substrat-Glasfritteneinheit bei Fritten-glastemperaturen in der Grössenordnung von etwa 500 °C erfordert.

Unter Bezugnahme auf alle Figuren steht am Anfang des neuen Verfahrens zur Schaffung eines Öberflächenausrich-

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tungsfilms in einer Flüssigkristall-Anzeigezelle 10 die Herstellung von Elektroden 14 in der gewünschten Form auf Substratoberflächen 1 la und 12a. Die die Elektroden tragenden Substrate werden dann mit den die Elektroden tragenden 5 Oberflächen einander gegenüber und in Deckung angeordnet. Das Randverschlussteil 15 wird hergestellt, um so eine Zelle mit einem zentralen Hohlraum 10a zu bilden, wobei der Verschluss oder die Dichtung ein hohes Mass an Luftdichtheit besitzt. So besteht der erste Schritt bei dem die Zelle bilden-10 den Vorgang in der Schaffung der leeren Zelle mit einem leeren, zentralen Hohlraum 10a, der mit dem Zelleninneren über ein Fülloch 10b (Fig. 3) in Verbindung steht. Der Zellenhohlraum 10a wird mit einer Tensidlösung gefüllt. Eine Tensidlö-sung 23 wurde beispielsweise durch Lösen bis zu 1 Vol.-% des 15 Silan-Kupplers (Dow Corning XZ-2300) in destilliertem Wasser hergestellt; eine zum Füllen des Hohlraums 10a ausreichende Menge wurde eingebracht. Dies kann dadurch geschehen, dass die Zelle 10 in eine Vakuumkammer 25 gebracht wird, die bis zu einer ausreichenden Höhe mit der Ten-20 sidlösung 23 gefüllt wird, wodurch die Zelle 10 in der Lösung völlig untertaucht. Die Vakuumkammer 25 wird evakuiert und dann wieder auf den umgebenden Atmosphärendruck gebracht, wodurch die Lösung 23 den zentralen Zellenhohlraum 10a füllt. Die übrige Tensidlösung 23 kann dann aus der 25 Kammer ablaufen.

Das Lösungsmittel wird verdampft, um den Tensidfilm 20 auf der Elektrode und den inneren Oberflächen des Zellenhohlraums zurückzulassen. Dies kann geschehen, indem die Kammer 25 hermetisch verschlossen wird, worauf ein Heiz-30 element 27, das ein mit Strom von einer Spannungsquelle 28 versehenes Widerstandselement sein kann, betätigt wird, wie durch Schliessen des Schalters 29 und Einstellen des zugehörigen Temperaturreglers 30 auf die gewünschte Temperatur, z.B. etwa 80 °C, und die Kammer evakuiert wird. Die Zelle 10 35 bleibt etwa 1 h im Vakuumofen bei 80 °C, wobei das Lösungsmittel, z.B. destilliertes Wasser, verdampft und der Film 20 des Tensids, z.B. des Silan-Kupplers, auf den inneren, einander gegenüberliegenden Oberflächen der Elektroden 14 und den inneren Substratoberflächen 1 la und 12a abgeschieden 40 wird. Es sollte klar sein, dass das Verdampfen des Lösungsmittels zum Hinterlassen eines Tensidfilms auf den inneren Zellenoberflächen auch lediglich durch Erhöhen der Temperatur der die Lösung enthaltenden Zelle 10 erfolgen kann, wenngleich das Erwärmen der Zelle unter Vakuum die Ver-45 dampfungsgeschwindigkeit erhöht und dadurch die zum Vertreiben des flüchtigen Lösungsmittels notwendige Zeit herabsetzt.

Nach der Bildung des Tensidfilms wird die Zelle mit dem gewüschten Flüssigkristallmaterial gefüllt und die Füllöff-50 nung hermetisch verschlossen, wobei beide Schritte nach bekannten Techniken erfolgen. Es sollte klar sein, dass diese Technik für mit irgendeinem Flüssigkristalhnaterial gefüllte Anzeigezellen brauchbar ist und nicht nur für die vorerwähnten beispielhaften Flüssigkristallmaterialien, die von einem 55 cholester.-nematischen Ubergang zur Schaffung des optischen Effekts Gebrauch machen. Es wurde auch gefunden, dass die Schaffung homöotropischer Ausrichtungsgrenzbedingungen nach diesem neuen Verfahren zur Herstellung von Anzeigezellen mit sehr gleichförmiger Ausrichtung und 6o gleichmässigen Schwellenspannungs-Charakteristika führt, die keine der mässige Ausrichtung anzeigenden dunklen Streifen und Flecken bei Prüfung der Zellen in polarisiertem Licht zeigen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung homöotroper Ausrichtung in einem Anzeigezustand in eine Anzeigezelle füllendem Flüssigkristallmaterial, gekennzeichnet durch a) Herstellung einer leeren Zelle mit einer mit einem leeren Hohlraum in Verbindung stehenden Füllöffnung,

b) Lösen eines zur Ausbildung homöotroper Ausrichtung ausgewählten Tensids in einem flüchtigen Trägerlösungsmittel,

c) Füllen des Zellenhohlraums mit der Lösung,

d) Verdampfen des flüchtigen Trägerlösungsmittels zur Abscheidung des Tensids auf den inneren Oberflächen des Zellenhohlraums,

e) Füllen des Zellenhohlraums mit dem Flüssigkristallmaterial, das praktisch keine grenzflächenaktive Stoffe enthält, und f) Verschliessen der Füllöffnung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe b) bis zu 1 Vol.-% Tensid in dem Lösungsmittel gelöst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel in Stufe b) destilliertes Wasser verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe c) die Zelle in die Lösimg eingetaucht, die Zelle unter Vakuum gesetzt und dann zu dem umgebenden Atmosphärendruck zwecks Füllung des Zellenhohlraums mit der Lösung zurückgekehrt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe d) die Zelle unter Vakuum gesetzt, noch unter Vakuum auf eine vorgewählte Temperatur erwärmt und die Zelle unter Vakuum und bei der vorgewählten Temperatur zum Verdampfen des Lösungsmittels und Hinterlassen des homöotrop ausrichtenden Tensids, als Film auf den inneren Oberflächen des Zellenhohlraums abgeschieden, ausreichend lange gehalten wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine vorgewählte Temperatur von etwa 80 °C erwärmt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Stufe a) ein Paar Abstand voneinander haltender Substrate mit sich deckenden Kanten vorgesehen wird und der Rand der in Deckung befindlichen Substrate mit einem Material, das eine Verschlusstemperatur über der Temperatur, bei der Zersetzung des Tensids eintritt, dicht verschlossen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass als dicht abschliessendes Material eine Glasfritte verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf den inneren, einander zugewandten Oberflächen der Substrate vor dem dichten Abschliessen des Randes Elektroden abgeschieden werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Flüssigkristalhnaterial ein cholesterisch-nematisches Flüssigkristalhnaterial verwendet wird.